Cómo reducir el consumo eléctrico, mejorar el control del proceso y prolongar la vida del equipo
La maquinaria de inyección de plástico trabaja mediante ciclos repetitivos que incluyen cierre del molde, inyección, sostenimiento de presión, enfriamiento, apertura y expulsión de la pieza. La demanda de potencia no permanece constante durante todo el ciclo: existen etapas de alta exigencia y otras en las que la máquina necesita mucho menos caudal y presión.
En las inyectoras hidráulicas convencionales, la bomba suele girar continuamente a velocidad nominal, aunque el proceso no requiera toda su capacidad. El exceso de caudal se desvía a través de válvulas y termina convirtiéndose en calor. Un variador de frecuencia (VDF) permite ajustar la velocidad del motor de la bomba a la demanda real de cada etapa, evitando una parte importante de ese desperdicio.
¿Dónde se utiliza el VDF en una inyectora?
1.Motor de la bomba hidráulica
Es la aplicación con mayor potencial de ahorro. El VDF recibe las señales de presión y caudal solicitadas por el control de la máquina y regula la velocidad del motor para producir únicamente la energía hidráulica necesaria.
Durante el cierre rápido, la inyección o la recuperación del tornillo puede operar a mayor velocidad; durante el enfriamiento, las esperas y otros periodos de baja demanda reduce automáticamente las revoluciones.
En máquinas cuyo tornillo es impulsado por un motor de corriente alterna independiente, el VDF permite controlar con precisión su velocidad. Esto ayuda a mantener uniforme la plastificación, disminuir los esfuerzos mecánicos y adaptar el proceso a diferentes materiales.
3. Bombas de enfriamiento
Las bombas que hacen circular agua hacia moldes, intercambiadores o torres de enfriamiento pueden regularse de acuerdo con la temperatura o presión requerida. En lugar de estrangular el flujo con una válvula, el VDF reduce la velocidad de la bomba y el consumo eléctrico.
4. Extractores, ventiladores y equipos auxiliares
También puede instalarse en ventiladores, bandas transportadoras, dosificadores y otros motores auxiliares, siempre que la aplicación y el motor sean compatibles.
Principales beneficios
-Ahorro de energía: El ahorro más importante se obtiene en inyectoras hidráulicas que trabajan muchas horas, tienen periodos de baja demanda dentro del ciclo y utilizan bombas de desplazamiento fijo. Dependiendo del diseño de la máquina, del producto fabricado y del ciclo de operación, el ahorro puede ser considerable.
No debe prometerse un porcentaje universal: el resultado real se determina midiendo el consumo antes y después de la modernización. Las máquinas con servo bomba, bomba de desplazamiento variable o accionamiento totalmente eléctrico ya cuentan con sistemas eficientes y normalmente ofrecen menor oportunidad de ahorro mediante un VDF adicional.
Menor calentamiento del aceite: Al evitar que el exceso de energía hidráulica se convierta en calor, puede disminuir la temperatura del aceite y la carga sobre el sistema de enfriamiento. Esto favorece la estabilidad del proceso y puede prolongar la vida del aceite, los sellos y otros componentes.
Arranques y paros suaves: El VDF elimina los golpes eléctricos y mecánicos propios del arranque directo. La corriente se incrementa progresivamente, reduciendo esfuerzos en el motor, acoplamientos, bomba y red eléctrica.
Mejor control del proceso: La regulación precisa de velocidad facilita controlar caudal y presión en cada etapa. Una configuración correcta puede contribuir a una operación más repetible y reducir ajustes hechos exclusivamente mediante válvulas hidráulicas.
Menor ruido y mantenimiento: Cuando la bomba gira más lentamente durante las etapas de baja demanda, disminuyen el ruido, las vibraciones y el desgaste mecánico. También puede reducirse el mantenimiento asociado con altas temperaturas y operación continua a velocidad máxima.
¿Cómo se calcula el ahorro?
La forma correcta es realizar un estudio de carga:
-Medir potencia, corriente y horas de operación de la máquina en producción real.
-Registrar la duración y demanda de cada etapa del ciclo.
-Identificar el tipo de bomba, motor y sistema de control existente.
-Estimar el nuevo perfil de velocidad con el VDF.
-Comparar los kilowatts-hora consumidos antes y después.
-El ahorro anual puede estimarse con la siguiente expresión:
Ahorro anual = reducción promedio de potencia (kW) × horas de operación al año × costo de la energía ($/kWh)
El periodo de recuperación se obtiene dividiendo la inversión total entre el ahorro económico anual. Además del VDF, deben incluirse en la inversión el gabinete, protecciones, ingeniería, instalación y puesta en marcha.
El VDF no debe seleccionarse únicamente por los HP indicados en el motor. Es necesario verificar:
-Voltaje, corriente nominal y frecuencia del motor.
-Sobrecarga y par requeridos durante cada etapa del ciclo.
-Tipo de bomba hidráulica y rango permitido de velocidad.
-Tiempo de aceleración y desaceleración.
-Señales disponibles de presión, caudal o referencia de velocidad.
-Compatibilidad con el control original de la inyectora.
-Temperatura, altitud, ventilación y condiciones del gabinete.
-Distancia entre el variador y el motor.
-Necesidad de reactor, filtro de salida, resistencia de frenado o protección contra perturbaciones eléctricas.
-Por seguridad y confiabilidad, debe instalarse un VDF por cada motor y conservar las protecciones individuales correspondientes.
Precauciones importantes
La modernización debe ser diseñada por personal con experiencia tanto en variadores como en maquinaria de inyección. Una selección o programación incorrecta puede limitar el caudal, impedir que se alcance la presión necesaria, provocar sobrecalentamiento o alterar la calidad de las piezas.
No se debe conectar un VDF convencional a servomotores, motores especiales ni sistemas electrónicos sin verificar previamente la compatibilidad con el fabricante. Tampoco deben conectarse contactores, capacitores o cargas adicionales entre la salida del VDF y el motor sin un análisis de ingeniería.
El variador debe programarse respetando los datos de placa del motor, el sentido de giro, las velocidades mínimas y máximas de la bomba, y los límites de presión de la máquina. Si el motor opera durante periodos prolongados a baja velocidad y con carga elevada, puede requerir ventilación independiente.
Conclusión
La instalación de un variador de frecuencia puede transformar una inyectora hidráulica convencional en un equipo más eficiente, silencioso y controlable. Sin embargo, el verdadero beneficio depende de estudiar el ciclo, medir el consumo y adaptar correctamente el VDF al sistema hidráulico y al control existente.
Dynamic Drives analiza cada aplicación, selecciona el variador adecuado y proporciona la ingeniería, programación, protecciones y puesta en marcha necesarias para obtener un sistema confiable y un ahorro comprobable.
